Разработка методики расчета дозирующего устройства красочного аппарата трафаретной печатной машины с ракелем валкового типа

На правах рукописи

ТИТОВ АНДРЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА

дозирующего устройства

красочного аппарата

ТРАФАРЕТНой ПЕЧАТНоЙ МАШИНы

С РАКЕЛЕМ ВАЛКОВОГО ТИПА

Специальность 05.02.13 – Машины, агрегаты и процессы

(печатные средства информации)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва 2011

Работа выполнена в Омском государственном техническом университете

на кафедре «Оборудование и технологии полиграфического производства»

Научный руководитель – доктор технических наук,

Литунов Сергей Николаевич

Официальные оппоненты – доктор технических наук, с.н.с,

Пономарев Юрий Валентинович,

кандидат технических наук, профессор,

Ваганов Вячеслав Владимирович

Ведущая организация – Северо-Западный институт печати при

Санкт-Петербургском государственном

университете технологии и дизайна

Защита состоится «_22_»__марта__2011 г.

в 14.00 на заседании диссертационного совета Д 212.147.01

при Московском государственно университете печати

по адресу: 127550, г. Москва, ул. Прянишникова 2а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета печати.

Автореферат разослан «___»__февраля__2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д212.147.01 Климова Е.Д.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Трафаретная печать на сегодняшний день занимает значительную часть рынка полиграфический услуг. Этому успеху трафаретная печать обязана возможности получения красочного слоя большой толщины на самом широком спектре запечатываемых материалов.

Более широкое развитие трафаретного способа печати сдерживается присущими ему недостатками, к основным из которых по нашему мнению относятся:

• низкая производительность наиболее распространенных плоскопечатных машин, вызванная необходимостью совершения холостого хода ракельной каретки;

• геометрические искажения изображения на оттиске, возникающие в результате тянущих усилий действующих со стороны ракеля на печатную форму, усугубляющиеся необходимостью технологического зазора с запечатываемым материалом.

Указанные недостатки позволяет устранить использование ракеля валкового типа. Одной из основных проблем при использовании ракеля валкового типа является продавливание краски сквозь сетчатую основу печатной формы до момента контакта с ней валик-ракеля. Прошедшая краска под давлением печати растекается, в результате чего изображение получается смазанным. Анализ возможных путей решения этой проблемы выявил, что наиболее оптимальным является использование упругой оболочки с ячейками в совокупности с дозирующим устройством, позволяющим контролировать подачу краски. Особенностью его использования является то, что в процессе работы под действием гидродинамического давления, развивающегося в красочном слое, будет происходить не только деформация ракеля, но и деформация самой упругой оболочки. В этих условиях регулировка требуемого количества краски становится труднодостижимой и для её осуществления требуется проведение исследований. Таким образом, исследования, направленные на решение проблем связанных с увеличением производительности и повышением качества трафаретной печати являются актуальными.

Цель работы. Целью диссертационной работы является разработка методики расчета дозирующего устройства красочного аппарата трафаретной печатной машины с ракелем валкового типа. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- разработка модели течения краски в дозирующем устройстве красочного аппарата трафаретной печатной машины с ракелем валкового типа;

- изготовление лабораторного комплекса для определения давления;

- проведение натурных экспериментов;

- сравнение результатов вычислительного и натурного экспериментов;

- разработка рекомендаций по применению математической модели.

Научная новизна. Научная новизна заключается в:

- аналитическом описании течения краски в дозирующем устройстве красочного аппарата с ракелем валкового типа;

- определении количества краски на поверхности валик-ракеля при использовании дозирующего устройства в зависимости от скорости печати, диаметра валик-ракеля, упруго-механических свойств упругой оболочки валик-ракеля;

- разработке научно-обоснованных рекомендации по применению результатов исследования.

Основные положения выносимые на защиту.

1. Математическая модель течения краски в дозирующем устройстве красочного аппарата.

2. Результаты экспериментов по определению толщины красочного слоя на поверхности валик-ракеля.

3. Рекомендации по расчету и применению указанных дозирующих устройств, полученные с использованием вычислительного и натурного экспериментов.

Практическая значимость работы.

Практическая значимость заключается в использовании результатов исследования при проектировании и эксплуатации дозирующих устройств красочных аппаратов трафаретных печатных машин с ракелем валкового типа. Также разработанная методика может быть использована при расчете и проектировании дозирующих устройств с использованием цилиндров с ячеистой упругой оболочкой (офсетные машины с коротким красочным аппаратом, флексографские машины с камер-ракельной системой). Результаты исследования были приняты к использованию на предприятиях ЗАО «Ютон» и ООО «Омскбланкиздат» для изготовления красочного аппарата офсетной печатной машины и для изготовления печатного аппарата трафаретной машины.

Апробация работы.

Основные положения и результаты диссертации обсуждались на научно-практической конференции с международным участием «Творчество молодых: дизайн, реклама, полиграфия» в 2008 г., на II всероссийской, конференции «Россия молодая: передовые технологии в промышленность» в 2009 г., на международной конференции молодых ученых Print 2009. По теме диссертации опубликовано 10 научных работ, в том числе 5 в сборниках, входящих в список ВАК. Получен патент на полезную модель.

Структура диссертации.

Диссертационная работа содержит введение, четыре главы, заключение, список использованных источников и приложения. В Основной текст включено 10 таблиц, 86 рисунков. В приложениях приведены математические зависимости, полученные в работе и применяемые при моделировании течения, тексты компьютерных программ. Полный объем исследования, включая приложения, составляет 164 страницы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность выбранной темы исследования, определяются основные направления диссертационной работы, цели и задачи диссертации, объект и предмет исследования, степень новизны и практическая значимость работы. В частности подробно рассмотрены области применения трафаретной печати, определены её преимущества и недостатки. Предложен способ устранения недостатков.

В первой главе

Приводится обзор и анализ конструкций трафаретных печатных машин. Проведенный анализ показал, что ни одно устройство в полной мере не устраняет проблемы, присущие трафаретной печати.

Проводится обзор и анализ работ отечественных и зарубежных исследователей, касающихся изучения течения краски в трафаретном печатном процессе. Отмечен ряд работ отечественных и зарубежных исследователей, направленных на моделирование течения через трафаретную печатную форму. Исследований касающихся дозирующих устройств трафаретных печатных машин с ракелем валкового типа не проводилось.

Во второй главе рассмотрен процесс трафаретной печати с помощью ракеля валкового типа. Для повышения технологических возможностей ракеля валкового типа рассмотрены факторы, влияющие на процесс дозирования краски. Определена схема движения краски в дозирующем устройстве. Установлено, что основным параметром, влияющим на процесс дозирования, является гидродинамическое давление.

Для построения математической модели течения краски в дозирующем устройстве обосновано применение теории движения идеальной жидкости, которое описывается уравнением Эйлера в системе с уравнением неразрывности.

где: V – скорость жидкости, р – плотность, Р – давление, F – массовые силы, t – время.

Плоский потенциальный поток несжимаемой жидкости характеризуется аналитической функцией называемой комплексным потенциалом, где - потенциал скорости, - функция тока. ,

где Vx и Vy - проекции скорости на координатные оси. Картина линий тока в плоском случае совпадает с траекториями движения частиц, и является наглядной иллюстрацией движения жидкости. Комплексный потенциал удовлетворяет уравнению Лапласа, из линейности которого следует принцип суперпозиции потенциальных потоков. С учетом сделанных допущений после преобразований уравнение Эйлера принимает вид интеграла Бернулли: , где – атмосферное давление, – скорость движения на бесконечности, U – потенциал массовых сил,

– плотность жидкости.

С учетом сказанного алгоритм расчета давления имеет вид:

1. Нахождение комплексного потенциала в виде суммы элементарных потоков, который описывает исследуемое течение.

2. Дифференцированием выражения комплексного потенциала и разделением на действительную и мнимую части находятся компоненты вектора скорости.

3. Расчет распределения давления, используя интеграл Бернулли.

На рис. 1А-В показаны картины линий тока поступательного потока, диполя, вихря с системой отраженных вихрей соответственно. Картина линий тока, полученная наложением вышеперечисленных потоков, показана на рис. 1Г.

Центр диполя совмещен с центром линии тока в виде окружности радиуса R. Так как вдоль линий тока скорость направлена по касательной, можно принимать любую линию тока за твердую границу. Учитывая сказанное, данную картину моно трактовать как обтекание поступательным потоком со скоростью цилиндра радиуса R, в присутствии вихря с центром в точке z₁ и интенсивностью G₁.

Рис. 1 Комплексные потенциалы и линии тока элементарных потоков:

1 – поступательный поток; 2 – диполь; 3 – вихрь; 4 – компенсационный вихрь;

5 – линия тока в форме окружности;

– сопряженная относительно точка комплексной плоскости;

– интенсивность вихрь; – скорость потока на бесконечности

– угол наклона потока, R – радиус окружности

Для моделирования пластинки, проведем конформное преобразование с использованием функции Жуковского вида: , где , . При таком преобразовании точки внешние по отношению к окружности радиуса R, отображаются на точки внешние к эллипсу с полуосями a и b. Если принять b=0, то эллипс вырождается в отрезок длиной 2R, который можно рассматривать как пластинку. Комплексные потенциалы потоков, а также картина линий тока течения после преобразования изображены на рис. 2.